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1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 說明書 設(shè)計(jì)題目臺式電風(fēng)扇搖頭裝置 機(jī)電工程學(xué)院 材料成型及控制工程專業(yè)（1）班 設(shè) 計(jì) 者：王永林 指導(dǎo)老師： 康輝明 2010年12月29日 摘要：電風(fēng)扇的功能本來就是加速空氣流通和室內(nèi)外空氣的交換，而電風(fēng)扇的搖頭裝置是為了生活需要而設(shè)計(jì)的一種裝置。該機(jī)構(gòu)通過控制機(jī)構(gòu)能使電風(fēng)扇在一定工作條件下能是扇動的面積達(dá)到更大，在一定程度上能夠滿足較多人數(shù)下享受一臺電風(fēng)扇的可能。這樣可以節(jié)約能源，提高資源利用。所以本機(jī)構(gòu)適

2、合用于家用或是在人多的場合。 本設(shè)計(jì)的思路來源主要是傳統(tǒng)的無搖頭電風(fēng)扇，在無搖頭電風(fēng)扇的基礎(chǔ)上可以用運(yùn)一些適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)組合實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的搖頭。主要是利用欄桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和電動機(jī)轉(zhuǎn)子的組合實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的搖頭。 關(guān)鍵字：機(jī)械設(shè)計(jì)、錐齒輪、離合器、搖頭電扇、機(jī)構(gòu) 目錄 第一章．臺式電風(fēng)扇搖頭裝置的設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1．設(shè)計(jì)要求 1.2．設(shè)計(jì)任務(wù) 1.3．功能分解 1.4．機(jī)構(gòu)選用 第二章．主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 2.1．減速機(jī)構(gòu)選用 2.

3、2．控制裝置選用 2.3．搖頭機(jī)構(gòu)選用 2.4．最佳機(jī)構(gòu)組合 第三章．最佳方案的解說及設(shè)計(jì)過程 3.1．功能的實(shí)現(xiàn) 3.2．機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.3．俯仰方案設(shè)計(jì) 第四章．方案評價(jià)及相關(guān)計(jì)算 4.1．方案的評價(jià) 4.2．?dāng)?shù)據(jù)處理及說明 設(shè)計(jì)總結(jié) 參考文獻(xiàn) 第一章 臺式電風(fēng)扇搖頭裝置設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)臺式電風(fēng)扇的搖頭裝置要求能左右旋轉(zhuǎn)并可以調(diào)節(jié)俯仰角。以實(shí)現(xiàn)一個(gè)動力下扇葉旋轉(zhuǎn)和搖頭動作的聯(lián)合運(yùn)動效果。 臺式電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)，使電風(fēng)扇在一定仰角下隨搖桿擺動。風(fēng)扇的直徑為300mm，電扇電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=1

4、450r/min，電扇搖頭周期t=10s。電扇擺動角度ψ，仰俯角度φ與急回系數(shù)K的設(shè)計(jì)要求及任務(wù)分配表見表1： 表1 臺式電風(fēng)扇擺頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 方案號 電扇搖擺轉(zhuǎn)動 電扇仰俯轉(zhuǎn)動 擺角ψ/() 急回系數(shù)K 仰角φ/() A 80 1.01 10 B 85 1.015 12 C 90 1.02 15 D 90 1 27 E 95 1.025 20 F 100 1.03 22 H 105 1.05 25 此次選擇的是方案D：擺角為ψ=90，急回系數(shù)K=1，仰角φ=27。 2.2設(shè)計(jì)任務(wù) （

5、1）按給定主要參數(shù)，擬定機(jī)械傳動系統(tǒng)總體方案。 （2）畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖。 （3）分配渦輪蝸桿、齒輪傳動比。確定它們的基本參數(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算幾何尺寸。 （4）確定電扇搖擺轉(zhuǎn)動的平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)尺寸，它滿足擺角ψ及急回系數(shù)K條件下使最小傳動比角γmin最大。并對平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析，繪制運(yùn)動線圖，驗(yàn)算曲柄存在條件。 （5）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 （6）學(xué)生可進(jìn)一步完成臺式電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)動態(tài)演示或模型試驗(yàn)驗(yàn)證。 2.3功能分解 顯然為完成風(fēng)扇左右俯仰的吹風(fēng)過程需要實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)動功能要求： 在扇葉旋轉(zhuǎn)的同時(shí)扇頭能左右擺動一定的角度。因此，需要

6、設(shè)計(jì)相應(yīng)的左右擺動機(jī)構(gòu)。為了使風(fēng)扇完成可搖頭，可不搖頭的吹風(fēng)過程。因此必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的離合器機(jī)構(gòu)。扇頭的仰視角調(diào)節(jié)，這樣可以增大風(fēng)扇的吹風(fēng)范圍。因此，需要設(shè)計(jì)扇頭仰視角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。（本方案設(shè)計(jì)為外置交接按鈕）。 本臺式電風(fēng)扇是立體送風(fēng)電風(fēng)扇，該電風(fēng)扇有兩種實(shí)現(xiàn)方式。即風(fēng)扇左右擺動和風(fēng)扇上下俯仰運(yùn)動。 3.1風(fēng)扇的左右搖擺運(yùn)動 風(fēng)扇在開啟后，需要調(diào)整受風(fēng)區(qū)域時(shí)，則自然希望風(fēng)扇能搖頭，增加、改變受風(fēng)的區(qū)域。一般是風(fēng)扇在啟動搖頭時(shí)，風(fēng)扇是左右搖擺的。當(dāng)然，風(fēng)扇的左右搖擺一般是在一個(gè)平面內(nèi)，并且是有范圍限制的。但也有一些擺角是大于180的，甚至更大的。 3.2風(fēng)扇的上下俯仰運(yùn)動

7、 隨著科技的發(fā)展，很多風(fēng)扇能在風(fēng)扇左右搖擺的同時(shí)，能借助相應(yīng)的構(gòu)件作上下俯仰運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)立體寬區(qū)域送風(fēng)。 1.4機(jī)構(gòu)選用 本臺式電風(fēng)扇是立體送風(fēng)電風(fēng)扇，該電風(fēng)扇有兩種實(shí)現(xiàn)方式。即風(fēng)扇左右擺動和風(fēng)扇上下俯仰運(yùn)動。 表2臺式電扇搖頭裝置可用機(jī)構(gòu)的選擇 功能 實(shí)現(xiàn)動作 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 擺動 水平擺動 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)/凸輪機(jī)構(gòu) 執(zhí)行搖頭 上下運(yùn)動 離合機(jī)構(gòu) 減速 周向運(yùn)動 錐齒輪減速機(jī)構(gòu)/蝸輪減速機(jī)構(gòu) 俯仰 上下運(yùn)動 滑塊機(jī)構(gòu) 第二章 主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 2.1．減速機(jī)構(gòu)選用 方案一錐齒輪減速器

8、 方案二：蝸桿減速機(jī)構(gòu) 由于蝸輪蝸桿嚙合齒輪間的相對滑動速度較大，摩擦磨損大，傳動效率低，已出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，則需要較貴的減磨耐磨材料來制造蝸輪，制造精度要求高，加工成本高。錐齒輪可以用來傳遞兩相交的運(yùn)動，相比渦輪成本低，所以選擇錐齒輪減速器。 2.2離合器的選用 方案一 方案二 由以上兩個(gè)簡圖可以看出：方案一和方案二都采用對齒輪傳動搖頭機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)搖頭運(yùn)動，所以要求控制搖與不搖只要錐齒輪與搖頭機(jī)構(gòu)的傳動分離與嚙合就可以實(shí)現(xiàn)。但相比方案一與方案二，方案二

9、耐用，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)速相對于方案一慢一些，對齒輪磨損小。所以方案二好一些。 2.3搖頭機(jī)構(gòu)選用 方案一 方案二 要求實(shí)現(xiàn)搖頭的左右搖擺有很多種運(yùn)動方式可以選擇，例如可以選擇凸輪機(jī)構(gòu)，多桿機(jī)構(gòu)，滑塊機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)等，方案一利用了多桿機(jī)構(gòu)的它更容易制造，制造精度要求也不是很高，但運(yùn)行精度也不高，而且四桿機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定。方案二雖然有較高的制造成本，但是從精度和運(yùn)行性能等方面來說比方案一更具優(yōu)越性。從以上兩個(gè)簡圖中我們不難看出來方案一比方案二占空間。所以方案二比較實(shí)用于風(fēng)扇搖頭裝置。 2.4最佳組合機(jī)構(gòu) 據(jù)上述功能機(jī)構(gòu)的分析我選用以下組合來實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的搖頭，減速，俯仰運(yùn)動。

10、 第三章 最佳方案解說及設(shè)計(jì)過程 3.1功能實(shí)現(xiàn) 搖頭電風(fēng)扇由電機(jī)，齒輪機(jī)構(gòu)，搖頭機(jī)構(gòu)等組成。具體可分為： 1、 減速機(jī)構(gòu)：采用齒輪組成機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電機(jī)軸高速旋轉(zhuǎn)的降速以帶動搖頭機(jī)構(gòu)； 2、 搖頭機(jī)構(gòu)：將機(jī)輸出的傳動經(jīng)過一套齒輪組傳動機(jī)構(gòu)，最終轉(zhuǎn)化為扇頭的擺動； 3、 控制機(jī)構(gòu)：由一個(gè)滑銷離合器實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇是否搖頭控制。錐齒輪輪軸上下移動， 離合器的結(jié)合與斷開。同時(shí)也伴隨著錐

11、齒輪與柱形齒輪的嚙合與脫離，實(shí)現(xiàn)了搖頭動作的控制； 4、 扇葉旋轉(zhuǎn)：扇葉直接安裝于電動機(jī)主軸上，實(shí)現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動； 3.2機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 搖頭電風(fēng)扇由電機(jī)，齒輪機(jī)構(gòu)，搖頭機(jī)構(gòu)等組成。具體可分為： 1、 減速機(jī)構(gòu)：采用一套齒輪組實(shí)現(xiàn)，電機(jī)軸高速旋轉(zhuǎn)的降速以帶動搖頭機(jī)構(gòu)中的柱形凸輪轉(zhuǎn)動； 2、 搖頭機(jī)構(gòu)：將電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)動傳至柱形凸輪由它帶動齒條再有齒條帶動齒輪上的風(fēng)扇軸，最終轉(zhuǎn)化為扇頭的擺動； 3、 控制機(jī)構(gòu)：由一個(gè)滑銷離合器實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的搖頭與否，錐形齒輪軸的上下移動實(shí)現(xiàn)了滑銷的結(jié)合與斷開。同時(shí)也伴隨錐齒輪柱形凸輪的嚙合與脫離，實(shí)現(xiàn)了搖頭動作的控制； 4、 扇葉旋轉(zhuǎn)：扇葉直接安裝于電動機(jī)主軸

12、之上，可實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動； 3.3俯仰方案設(shè)計(jì) 經(jīng)過電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，所有動力都來源于電動機(jī)，在經(jīng)過一套齒輪組機(jī)構(gòu)的傳動，實(shí)現(xiàn)減速，將動力傳給搖頭機(jī)構(gòu)，是先做羽搖頭運(yùn)動?；N離合器實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇搖頭的控制，當(dāng)滑銷下滑實(shí)現(xiàn)搖頭，上提則停止搖頭，外置手調(diào)俯仰角按鈕置于風(fēng)扇立柱與扇頭相接處，順時(shí)針調(diào)節(jié)為增大仰角，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為減小仰角。方案如下圖所示： 第四章 方案評價(jià)及相關(guān)計(jì)算 4.1方案的評價(jià) 本方案設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)就是采用一套齒輪組實(shí)現(xiàn)作用，再利用柱形凸輪帶動齒條周期直線運(yùn)動，齒條拉動齒輪周期性的轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。采用齒輪

13、機(jī)構(gòu)傳動可是扇頭結(jié)構(gòu)緊湊，有確定的 傳動比等特點(diǎn)。其次，用滑銷離合器事先是否搖頭的控制，結(jié)構(gòu)比較簡單，使用方便。同時(shí)采用柱形凸輪齒條齒輪組合的左右搖擺，可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的擺動與確定的角度擺動，具有比較穩(wěn)定的運(yùn)動，運(yùn)動過程可靠。 4.2數(shù)據(jù)處理及說明 （1）有速比系數(shù)k計(jì)算極位角θ。 由式知： θ=180k-1/k+1，其中k=1。 （2）有速比系數(shù)k計(jì)算從動件左右搖擺速度。 由式知： K=從動件快速行程平均速度∕從動件慢速行程平均速度。其中k=1可見從動件擺動速度大小是相等的。 （3）選擇合適的齒輪齒數(shù)。 由齒輪傳動比式i12=ω1/ω2=z1/z2求的齒

14、數(shù)。最重要達(dá)到將1450r/min的轉(zhuǎn)數(shù)降至6r/min的轉(zhuǎn)數(shù)的目的。 （4）搖頭角度的確定。 由圖5可知2號齒輪在齒條的帶動下轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，由于蝸桿固定在2號齒輪上所以蝸桿也轉(zhuǎn)過的角度。從而確定蝸桿帶動風(fēng)扇轉(zhuǎn)過的角度。總之搖頭角度的大小由2好齒輪轉(zhuǎn)過的角度所決定的。 圖2 （5）相關(guān)計(jì)算。 （1 假設(shè)：柱形凸輪的位移為50mm，則齒條的來回運(yùn)動的振幅50mm。 如果要求風(fēng)扇搖頭擺動90度。那么2號齒輪的邊緣線位移為0.5πR 。2號齒輪的邊緣線位移等于齒條的振幅，所以可知0.5πR=50mm，從而

15、得出2號齒輪的半徑約為32mm。 R2=32mm，H=50mm。 （2）根據(jù)風(fēng)扇電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=1450r/min，電風(fēng)扇搖頭周期t=10s，確定系統(tǒng)總傳動比為 （6）選擇合適的比例尺，作圖球要干的極限位置，取搖桿長度CD除以比例尺u1得圖中搖桿長CD，以CD為半徑、任定點(diǎn)D為圓心，任定點(diǎn)C1為起點(diǎn)做弧c，使弧C所對應(yīng)的圓心角等于或大于最大擺角ψ，連接D點(diǎn)和C1點(diǎn)的線段C1D為搖桿的一個(gè)極限位置，過D點(diǎn)作與C1D夾角等于最大擺角的射線相交于C2點(diǎn)，的到搖桿的另一極限位置C2D。 （7）求曲柄鉸鏈中心，過C1點(diǎn)在D點(diǎn)同側(cè)作

16、C1C2的垂線H，過C2點(diǎn)作與D點(diǎn)同側(cè)與直線C1C2夾角為（90－θ）的直線J交直線H于點(diǎn)P，連接C2P，在直接C2P上截取C2P上截取C2P/2得點(diǎn)O，以點(diǎn)O為圓心，OP為半徑， C1C2弧段以外在K上任取一點(diǎn)A為鉸鏈中心。 （8）求曲柄和連桿的鉸鏈中心。連接A，C2點(diǎn)得直線段AC2為曲柄與連桿長度之和以點(diǎn)A點(diǎn)為圓心、AC1為半徑作弧交AC2于點(diǎn)E可以證明曲柄長度AB=C2E/2,于點(diǎn)為圓心，C2E/2為半徑畫弧交AC2于點(diǎn)B2為曲柄與連桿的鉸鏈中心。 （9）計(jì)算各桿的實(shí)際長度。分別量取圖中AB2,AD,B2C2的長度，計(jì)算得：曲柄長LAB= u1AB2，連桿

17、長LBC= u1B2C2，機(jī)架長LAD= u1AD 根據(jù)要求可以確定：θ=0 令連桿長度：b=125mm，最大壓力δ=45 擺桿長度c=88mm，則 可知傳動角最小等于γ=45 γ1=arcosc2+b2-（d-a）2/2bc γ2= arcosc2+b2-（d+a）2/2bc 可以確定擺桿d=110mm 連桿a=90mm 課程設(shè)計(jì)心的體會 經(jīng)過這幾天的課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，讓我們初步了解了機(jī)械設(shè)計(jì)的全過程，可以初步的進(jìn)行機(jī)構(gòu)的組合和確定運(yùn)動方案；將我們以前所學(xué)的知識融會貫通起來，進(jìn)行進(jìn)一步的加深和鞏固，并對動力分析有了一定了解。以前對課程

18、設(shè)計(jì)一頭霧水的我們也有了一個(gè)比較完整的概念；提高了對繪圖軟件的運(yùn)用能力； 這次課程設(shè)計(jì)，是第一次將本學(xué)期《機(jī)械原理》這門課程中所學(xué)的知識綜合運(yùn)用到實(shí)際中某一具體實(shí)例中，另外對于機(jī)械設(shè)計(jì)也有了初步的認(rèn)識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這次課程設(shè)計(jì)，從最初的毫無頭緒到逐漸做出雛形，然后進(jìn)一步改進(jìn)。雖然總共僅用了幾天的時(shí)間，但在這整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，自己在實(shí)踐中摸索成長，在理論中分析探討，更加清晰地認(rèn)識到只有靈活地掌握好理論知識，在實(shí)際應(yīng)用中才能夠得心應(yīng)手，才能真正將理論用于實(shí)踐，從中學(xué)到更多的知識和技能。 在此次課程設(shè)計(jì)過程中遇到了一些以前沒想過的疑問，這些成為完成課程設(shè)計(jì)的一大障礙，不過好在有老師和同學(xué)的幫助，

19、使我順利的解決了這些問題。從這些過程中我們學(xué)會了自己遇到問題，分析問題，解決問題的能力。 總的來說這次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺。不僅將自己在書本上學(xué)習(xí)到的知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，而且還學(xué)到了一些我們在書本上學(xué)習(xí)不到的東西。 最后感謝老師及同學(xué)在設(shè)計(jì)過程中給予的幫助。 參考文獻(xiàn) [1]龔建新。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)。北京：高等教育出版社、2010、7 [2]孫恒，陳作模，葛文杰。機(jī)械原理（第七版）。北京：高等教育出版社，2006、5 [3] 牛鳴歧，王保民，王振甫。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊。重慶：重慶大學(xué)出版社，2001 [4]申永勝。機(jī)械原理教程。北京：清華大學(xué)出版社，2005